Así funciona el software creado en Galicia para controlar la expansión de la vespa velutina

El profesor Iván Area es catedrático de Matemática Aplicada II en la Universidad de Vigo, concretamente en el Campus de Ourense, donde trabaja como docente en el grado de Ingeniería Aeroespacial. Con una trayectoria consolidada en el campo de las ecuaciones diferenciales y los modelos matemáticos aplicados, Area forma parte de un equipo de investigación que ha desarrollado un innovador modelo matemático y un software para predecir la expansión de la avispa velutina en Galicia.

La contribución de este equipo de investigadores combina la teoría matemática con la utilidad práctica, ofreciendo herramientas que podrían resultar clave en el control de una de las especies invasoras más problemáticas del noroeste peninsular. En esta entrevista, afondamos en el proceso de investigación y en las posibles aplicaciones de esta herramienta en el ámbito ambiental y agroforestal.

– ¿Qué motivaciones llevaron al equipo a emplear ecuaciones diferenciales de Stieltjes para generar un modelo de la expansión de la avispa velutina?

El análisis del mundo natural fue, a lo largo de la historia, uno de los piares fundamentales para el avance de la ciencia. Observar los seres vivos, sus comportamientos y adaptaciones al medio permitió a los investigadores/as encontrar soluciones creativas a problemas humanos, inspirándose directamente en la naturaleza.

Un ejemplo destacado de esta conexión entre naturaleza e innovación científica es el caso de Faustino Santalices Muñiz, un gallego que supo ver más allá de lo evidente. Hijo de Faustino Santalices Pérez, recuperador de la gaita y de la zanfoña, Faustino Santalices Muñiz, doctor en Medicina y Cirugía por la UCM, observando como los canarios se alimentaban, cortando el alimento sin llegar a trocearlo completamente, desarrolló y patentó la «pinza de pico de pájaro» quirúrgica para operar en los ojos. Más concretamente el nuevo modelo de pinza sin dientes para el iris en la operación de catarata con fecha del año 1962. Esta herramienta imitaba la precisión y delicadeza de los movimientos de los pájaros, permitiendo intervenciones más seguras y eficaces. Otro de sus inventos fue El perfeccionamiento de la ventosa para la extracción de la catarata (aproximadamente en el 1953), que diseñó a partir de las ventosas del pulpo.

Este caso ilustra como la curiosidad, combinada con una atención detallada al mundo natural, puede dar lugar a avances tecnológicos y médicos significativos. La naturaleza, con su ingenio acumulado durante millones de años de evolución, sigue a ser una fuente inagotable de inspiración para la ciencia, y ejemplos como lo de Santalices recuerdan la importancia de observar con ojos atentos y mente abierta. Con estas premisas trabajamos Juan José Nieto, Adrián Fernández Tojo, Francisco Fernández y yo.

Francisco Javier Fernández, Fernando Adrián Fernández, Juan Nieto e Iván Area

– ¿Qué principales conclusiones se extrajeron hasta el momento sobre los patrones de expansión de la avispa velutina en Galicia?

El modelo matemático constata algo que se puede observar en la naturaleza, la expansión de esta especie invasora. Los datos que pudimos manejar permiten saber como evoluciona la especie. Pero somos conscientes de que los datos son incompletos pues los nidos sólo se retiran, como bien sabemos, cuando hay población humana próxima. Por eso es importante la mejora y el tratamiento de datos, para lo cuál habrá que emplear técnicas adicionales para estimar localizaciones de nidos en función de los geolocalizados.

El modelo que empleamos necesita de herramientas matemáticas muy novedosas que implica de teoría aún sin desarrollar

– ¿Cómo se validó el modelo con las observaciones reales de nidos de velutina y cuál fue el grado de precisión conseguido?

Empleamos datos de años distintos y verificamos la aproximación de las previsiones del modelo a los datos reales, que nuevamente retroalimentaban el modelo para hacer más previsiones. Esa es la idea del gemelo digital, que ya aplicamos para otras cuestiones como pudo ser la pandemia de COVID-19. Tenemos que ser conscientes, como señalé anteriormente, que son datos incompletos que requieren tratamiento previo. No aparecen geolocalizaciones de nidos en espacios donde hay una densidad de población humana baja. Eso sí, con los datos que tenemos, los resultados obtenidos concuerdan con la realidad, que es el grande logro del modelo propuesto. El modelo funcionaría mejor comparativamente con la realidad se introdujéramos datos con todos los nidos, pero el modelo funciona perfectamente en comparación con los datos existentes de distintos años, sabiendo que son incompletos.

– ¿Qué desafíos principales enfrentaron durante el desarrollo del modelo y como los superaron?

Las derivadas clásicas permiten estudiar la evolución en el tiempo de determinadas variaciones, como puede ser la velocidad instantánea. Pero estas herramientas no sirven para el análisis de la evolución de un insecto como la Vespa Velutina que tiene un ciclo durante el año en el que se distinguen distintas fases. Por estos motivos el modelo que empleamos necesita de herramientas matemáticas muy novedosas que implica de teoría aún sin desarrollar. Esto nos llevó a tener que combinar en nuestro trabajo partes muy teóricas con partes más aplicadas, que eran inicialmente las que más nos interesaban. La combinación fue muy interesante para poder llegar a la versión final del trabajo.

– ¿Cómo se integra el ciclo vital de la velutina (y las fases como la hibernación y la reproducción) en el modelo matemático desarrollado?

Justamente es una de las cuestiones que nos llevó más tiempo. Con las técnicas clásicas no es posible modelar tristemente una especie como esta, pues tiene períodos de hibernación y períodos de mucha actividad. Por eso hace falta introducir herramientas diferentes para poder abordar el problema. Una vez tuvimos claro como abordar el problema desde el punto de vista de las matemáticas, después sólo tuvimos que tener en cuenta todos los estudios que existen sobre la Vespa Velutina desde otros campos de conocimiento. Se trata de poder relacionar ámbitos, teorías y técnicas en un contexto interdisciplinar, que consideramos muy importante para poder avanzar en la resolución de este y de otros problemas. Existen otras cuestiones que tendremos que introducir en futuras versiones del trabajo desarrollado. Pensamos en la pelea específica entre reinas para ocupar un mismo espacio, las correlaciones con la masa forestal, la presencia de ríos o agua en general. Todas estas cuestiones pensamos que deben ser tenidas en cuenta, y hace falta colaboración desde las administraciones para poder llevarlas adelante, partiendo de algo tan simple o tan complejo como el suministro de datos.

– ¿Podría explicarnos como se aplicó el concepto de «gemelo digital» en este proyecto y que ventajas ofrece respeto la otros enfoques?

Los gemelos digitales (digital twins) son réplicas virtuales de objetos, procesos o sistemas físicos, conectadas de manera dinámica con su equivalente real a través de datos. Esta tecnología permite simular, monitorizar y optimizar en tiempo real el comportamiento de un sistema, facilitando la toma de decisiones más precisas y eficientes.

Uno de los primeros usos reconocidos en la literatura fue en el ámbito aeroespacial, cuando la NASA empleó modelos digitales detallados para monitorizar y mantener los sistemas de las misiones espaciales, especialmente en el programa Apollo. Estos primeros gemelos digitales permitían prever fallos y planificar reparaciones sin acceso físico al objeto real.

Hoy en día, los gemelos digitales se extienden a sectores como la industria, la salud, la construcción o las ciudades inteligentes, abriendo nuevas posibilidades para la innovación y la eficiencia sostenible. El hecho de disponer de un gemelo digital para poder hablar del avance de la Vespa Velutina permite ajustar el modelo según el propio insecto varía su comportamiento, para considerar las técnicas de control excelente pensando en cómo frenar esta especie invasora.

Nuestro objetivo es que este modelo pueda tener una utilidad real y directa para la sociedad, especialmente para aquellas entidades que están en la primera línea frente a la expansión de la Vespa velutina

– ¿Qué tipo de datos se emplearon para alimentar el software y como se recogen y actualizan esos datos?

La cuestión de los datos, como señalaba anteriormente, es muy importante para poder tener resultados científicamente correctos. Empleamos datos geolocalizados de nidos retirados durante un cierto período de tiempo que nos permitió validar el modelo, según los datos de los que dispusimos. Ahora bien, también somos conscientes de que existen muchos más nidos que no se retiran por no estar prójimos a poblaciones, por lo que en una siguiente fase nuestra idea es estimar los nidos no detectados con otro tipo de técnicas.

– ¿Está previsto que el software esté disponible para entidades públicas o personales, como ayuntamientos o asociaciones de apicultores?

Nuestro objetivo es que este modelo pueda tener una utilidad real y directa para la sociedad, especialmente para aquellas entidades que están en la primera línea frente a la expansión de la Vespa velutina, como pueden ser los ayuntamientos, las asociaciones de apicultores o los servicios de emergencia.

Con todo, hay que tener en cuenta que el software se encuentra aún en una fase de prototipo, y para que pueda convertirse en una herramienta efectiva y disponible es necesario abordar mejoras técnicas, validar datos sobre el terreno y adaptar el sistema a las necesidades concretas de los usuarios finales. Para eso, resulta fundamental contar con financiación específica y, sobre todo, con la colaboración activa de los agentes implicados, en particular de la administración pública.

Desde nuestro equipo ya manifestamos y mantenemos firme la voluntad de seguir trabajando y mejorando el modelo. A día de hoy, consideramos que la pelota está en otro tejado: precisamos que las instituciones den un paso adelante si realmente queremos transformar este prototipo en una herramienta útil, eficaz y al servicio del bien común.

Precisamos que las instituciones den un paso adelante si realmente queremos transformar este prototipo en una herramienta útil, eficaz y al servicio del bien común

¿Qué colaboraciones se establecieron con otros grupos de investigación o instituciones para desarrollar este proyecto?

Un proyecto como este no puede desarrollarse de manera individual, ni siquiera como un grupo de personas con una cierta experiencia en modelado de fenómenos naturales. Tuvimos la fortuna de poder contar con las compañeras del grupo ECOAGRASOC (Grupo de Economía Agroalimentaria y Medioambiental, Desarrollo Rural y Economía Social) que nos orientaron a la hora de enfocar ciertos problemas de control. Tres miembros de Ecoagrasoc (Ana Isabel García Arias, María Amparo Herrera Golpe y Ibán Vázquez González) lideraron la evaluación económica del impacto en los apicultores de la expansión de la Vespa Velutina participando en el proyecto Atlantic Positive, financiado con fondos europeos INTERREG. También hicimos contactos con grupos y redes a nivel internacional que nos permitieron saber que herramientas existían y que cuestiones podrían ser novedosas a la hora de abordar el problema. Esto es muy importante a nivel científico, si me permiten, para no inventar la rueda o el fuego nuevamente.

– ¿Considera que este modelo podría adaptarse para estudiar otras especies invasoras o plagas con características similares?

Pensamos que el estudio hecho para la Vespa Velutina avance de una especie invasora puede ser también de gran utilidad para estudiar otras especies, siempre que se adapten ciertos parámetros a las características concretas de cada caso. Esto se debe la que muchos modelos ecológicos comparten una estructura matemática o conceptual común: describen como se expande una población en el espacio y en el tiempo en función de factores como la reproducción, la dispersión o las interacciones con el medio. Obviamente hay que ajustar ciertas partes, pues no todos los insectos tienen, por ejemplo, el mismo ciclo vital que la Vespa Velutina. Pero al mismo tiempo, hay cuestiones de fondo que sí son aprovechables y reciclables, pues tienen una base común.

Esta reutilización de modelos permite ahorrar tiempo y recursos, y también facilita la comparación entre diferentes especies y situaciones. Así, consideramos que podemos ayudar a anticipar impactos, planificar medidas de control y comprender mejor los mecanismos que favorecen o frenan la invasión biológica.

– ¿Qué pasos futuros están previstos para mejorar el modelo o ampliar su aplicación a otras regiones o contextos?

En primer lugar, debemos tener presente que uno de los mayores intereses del modelo es a nivel de ordenador. El gemelo digital tiene dos vías de interacción: una es desde el mundo real al mundo digital para mejorar el modelo. Otra es justamente en el sentido inverso, lo que nos permite diseñar estrategias de control en el ordenador que luego se puedan llevar a la práctica. Aquí nuevamente es fundamental el apoyo desde las administraciones. Hoy son las velutinas, mañana puede ser cualquiera otro elemento que pueda afectar aun más a nuestros ecosistemas o incluso a nuestra población, como determinados mosquitos por dar un ejemplo concreto derivado del cambio climático.

Además, partimos de la base de que los insectos no entienden de fronteras administrativas ni reconocen líneas políticas en el mapa. Las especies, especialmente las invasoras, se desparraman libremente siguiendo condiciones ambientales favorables, sin detener su avance por ríos, montañas o marcos territoriales. No vale eso de: «¡no me muevas los marcos!». Por eso, para hacer frente de manera eficaz a plagas y amenazas comunes, es fundamental la colaboración transfronteriza.

En el caso de Galicia y Portugal, compartimos un entorno natural y climático semejante, lo que hace habitual que los mismos insectos afecten a ambos lados de la raya. Sin una coordinación idónea, las acciones adoptadas en un territorio pueden verse limitadas si no se complementan con las del otro. Por ejemplo, el control de la Vespa Velutina en una región puede resultar inútil si la especie sigue creciendo sin control justo al otro lado de la frontera.

Establecer mecanismos de cooperación con Portugal, compartir datos, estrategias y buenas prácticas no sólo es una opción inteligente, sino también una necesidad para proteger conjuntamente nuestros ecosistemas, la agricultura y la salud pública. La naturaleza es compartida, y también debe serlo la respuesta.